基于微机原理电子时钟课程设计

年4月19日基于微机原理电子时钟课程设计文档仅供参考目录一、课程设计要求及目的 2二、开发环境及设备 21、设计环境 22、设计所用设备 2三、设计思想与原理 21、设计思想 22、设计原理 31、内容 32、要求 33、设计环境 44、设计所用设备 4三、设计所用芯片结构 41、8259A芯片的内部结构及引脚 42、8255芯片的内部结构及引脚 53、8255端口地址 64、8254芯片的内部结构及引脚 65、8254引脚图如图3示，各引脚功能如下。 7四、具体模块设计 81、概述 82、主程序模块 83、小键盘模块 94、显示模块 105、定时模块 106、中断处理模块 107、芯片引脚 11五、程序流程图 121、主程序流程图如图6所示 122、键盘扫描程序流程图：（KEY）如图7所示 133、中断处理程序流程图如图8所示： 14六、心得体会 15附录一：参考书目 15附录二相关程序 16一、课程设计要求及目的1、用8255的A口驱动六个七段数码管（LED）的字段，C口驱动六位七段数码管（LED）的为控制端，右侧两位显示分值，左侧两位显示秒值，2、数码管采用动态扫描方式，用8253做定时器（采用查询方式），每位显示的时间<5ms，扫描频率>50HZ。3以5ms为基本时间单位，计数产生秒时间值，秒计数到60时对分计数，分计数到60时对时计数。二、开发环境及设备1、设计环境PC机一台、windowsXP系统、实验箱、导线若干。2、设计所用设备8254定时器：用于产生秒脉冲，其输出信号可作为中断请示信号送IRQ2。8255并口：用做接口芯片，和小键盘相连。8259中断控制器：用于产生中断。LED：七个LED用于显示时：分：秒值。小键盘：用于控制设置。三、设计思想与原理1、设计思想本系统设计的电子时钟以8088微处理器作为CPU，用8254做定时计数器产生时钟频率，8255做可编程并行接口显示时钟和键盘电路，8259做中断控制器产生中断。在此系统中，8254的功能是定时，接入8254的CLK信号为周期性时钟信号。8254采用计数器0，工作于方式2，使8254的OUT0端输出周期性的负脉冲信号。即每隔20ms，8254的OUT0端就会输出一个负脉冲的信号，此信号接8259的IR2，当中断到50次数后，CPU即处理，使液晶显示器上的时间发生变化。其中8259只需初始化ICW1，其功能是向8259表明IRx输入是电瓶触发方式还是上升沿触发方式，是单片8259还是多片8259。8259接收到信号后，产生中断信号送CPU处理。2、设计原理利用实验台上提供的定时器8254和扩展板上提供的8259以及键盘和数码显示电路，设计一个电子时钟，由8254中断定时，小键盘控制电子时钟的启停及初始值的预置。电子时钟的显示格式HH：MM：SS由左到右分别为时、分、秒，最大记时59：59：59超过这个时间时分秒位都清零从00：00：00重新开始。基本工作原理：每百分之一秒对百分之一秒寄存器的内容加一，并依次对秒、分、小时寄存器的内容加一，六个数码管动态显示时、分、秒的当前值。1、内容利用实验台上提供的定时器8254和扩展板上提供的8259以及键盘和数码显示电路，设计一个电子时钟，由8254中断定时，小键盘控制电子时钟的启停及初始值的预置。电子时钟的显示格式HH：MM：SS由左到右分别为时、分、秒，最大记时59：59：59超过这个时间时分秒位都清零从00：00：00重新开始。2、要求本实验要求设计一个定时显示装置，用六个数码管显示时间，用小键盘控制计时，设置和显示时间。系统一运行就从00点00分00秒开始计时，并在数码管上显示时、分、秒当前值，而且，能够用键盘设置当前时间。基本工作原理：每百分之一秒对百分之一秒寄存器的内容加一，并依次对秒、分、小时寄存器的内容加一；六个数码管动态显示时、分、秒的当前值。C键：置初值，显示00：00：00G键：显示动态变化（启动表）；D键：显示静态不变（表停止）；E键：终止程序，返回DOS；P键：设置时：分：秒的值3、设计环境PC机一台、windowsXP系统、实验箱，导线若干。4、设计所用设备8254定时器：用于产生秒脉冲，其输出信号可作为中断请示信号送IRQ2。8255并口：用做接口芯片，和小键盘相连。8259中断控制器：用于产生中断。LED：七个LED用于显示时：分：秒值。小键盘：用于控制设置。三、设计所用芯片结构1、8259A芯片的内部结构及引脚中断控制器8259A是Intel公司专为控制优先级中断而设计开发的芯片。它将中断源优先排队、辨别中断源以及提供中断矢量的电路集中于一片中。因此无需附加任何电路，只需对8259A编程，就能够管理8级中断，并选择优先模式和中断请求方式，即中断结构能够由用户编程来设定。在MD微机系统中，8259芯片工作于单片方式。8259引脚图如图1，各引脚功能如下。D7~D0——八条双向数据线；WR（低电平有效）——写输入信号；RD（低电平有效）——读输入信号；CS（低电平有效）——片选输入信号；图18259A图18259A引脚图INT——中断请求信号；INTA（低电平有效）——中断响应信号；CAS0~CAS2——级联信号，形成一条专用8259A总线，以便多片8259A的级联；SP/EN——从编程/允许级联。在缓冲方式中，可用做输出信号以控制总线缓冲器的接收和发送。在非缓冲方式中，作为输入信号用于表示主片还是从片；IR0~IR7——外部中断请求输入线。要求输入的中断请求信号是由低电平到高电平的上升沿（并保持高电平到CPU响应时为止）或者是高电平。8259中断矢量地址与中断信号之间的关系如表3.1所示：表3.1表3.18259A中断矢量表中断序号01234567功能调用08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH矢量地址20H~23H24H~27H28H~2BH2CH~2FH30H~33H34H~37H38H~3BH3CH~3FH说明时钟键盘可用可用串行口可用可用可用2、8255芯片的内部结构及引脚8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种工作方式下工作：方式0—基本输入/输出方式方式1—选通输入/输出方式方式2—双向选通输入/输出方式8255引脚图如图2示，各引脚功能如下。D7~D0——与CPU侧连接的八条双向数据线；WR（低电平有效）——写输入信号；RD（低电平有效）——读输入信号；图28255引脚图CS（低电平有效）——片选输入信号；A0、A1——片内寄存器选择输入信号；PA7~PA0——A口外设双向数据线；PB7~PB0——B口外设双向数据线；PC7~PC0——C口外设双向数据线；RESET——复位输入信号3、8255端口地址表3.28255端口地址表表3.28255端口地址表信号线寄存器编址IOY3A口60HB口61HC口62H控制寄存器63H4、8254芯片的内部结构及引脚8254可编程定时/计数器是Intel公司生产的通用外围芯片之一，有3个独立的十六位计数器，技术频率范围为0~2MHZ，它所有的技术方式和操作方式都经过编程控制。8254的功能用途是：延时中断可编程频率发生器事件计数器二进倍频器实时时钟数字单稳复杂的电机控制器8254有六种工作方式：方式0：计数结束中断方式1：可编程频率发生器方式2：频率发生器方式3：方波频率发生器方式4：软件触发的选通信号（6）方式5：硬件触发的选通信号5、8254引脚图如图3示，各引脚功能如下。D7~D0——八条双向数据线；WR（低电平有效）——写输入信号；RD（低电平有效）——读输入信号；CS（低电平有效）——片选输入信号；A0、A1——片内寄存器地址输入信号；CLK——计数输入，用于输入定时基准脉冲或计数脉冲；OUT——输出信号，以相应的电平指示计数的完成，或输出脉冲波形；图38254引脚图GATE——图38254引脚图2、8254端口地址表3.38254端口地址表信号线寄存器编址IOY20#计数器40H1#计数器41H2#计数器42H控制寄存器43H四、具体模块设计1、概述本系统设计的电子钟以8088微处理器作为CPU，用8254做定时计数器产生时钟频率，8255做可编程并行接口显示时钟和键盘电路，8259做中断控制器产生中断。在此系统中，8254的功能是定时，接入8254的CLK信号为周期性时钟信号。8254采用计数器0，工作于方式2，使8254的OUT0端输出周期性的负脉冲信号。即每隔5ms，8254的OUT0端就会输出一个负脉冲的信号，此信号接8259的IR2，当中断到50次数后，CPU即处理，使液晶显示器上的时间发生变化。程序由以下模块组成：系统共有5个功能模块，分别为，主控模块，显示模块，定时模块，中断模块，小键盘模块。系统框图如下：键盘读入的数键盘读入的数显示缓冲的值秒脉冲显示模块主控模块中断模块定时模块小键盘模块六个LED小键盘8255A82548259图4系统框图2、主程序模块主控模块是系的核心模块，对8254、8255A进行初始化，设置中断向量，扫描键盘根据按键值作相应的处理。主要由软件实现。它的主要功能是调用其它模块对系统工作进行协调，它的主要功能是读小键盘输入键值并执行要做的工作，如果键值为C则将显示初始值00：00：00置入显示缓冲，并调用显示模块显示。如果键值为G则开中断，（中断程序为秒最低位加一）。如果键值为D则关中断，停止动态显示。如健值为P则连续六次调用小键盘模块，将键值依次存入显示缓冲。并调用显示模块显示。如果健值为E，则终止程序，返回DOS。3、小键盘模块小键盘模块送入主控模块的子功能模块。由软件和硬件实现，硬件上由小键盘和8255互连，将小键值由8255送入主控模块。软件上使用行扫描法获得键值并送回主控模块。本课题只考虑去抖动。执行一个约10ms的延时程序后再扫描键盘，若F0=1表示真正有键按下，从而消除了抖动影响。实现代码如下：KEYROCNEARPUSHCXKST:MOVAL,82HMOVDX,P55CTLOUTDX,ALMOVAL,00HMOVDX,PA55OUTDX,ALMOVDX,PB55INAL,DXORAL,0F8HCMPAL,0FFHJZDELAYMOVCX,0300HDLY:LOOPDLYMOVCL,08HMOVAH,0FEHSCAN1:MOVDX,PA55MOVAL,AHOUTDX,ALMOVDX,PB55INAL,DXORAL,0F8HCMPAL,0FFHJNZKEYNROLAH,1DECCLJNZSCAN1JMPKSTKEYN:PUSHAXMOVDX,PB55RELEA:INAL,DXORAL,0F8HCMPAL,0FFHJNZRELEAPOPAXNOTAXMOVSI,OFFSETTABLEMOVDI,OFFSETCHARMOVCX,24TT:CMPAX,[SI]JZNNDECCXJZKSTADDSI,02INCDIJMPTTNN:MOVDL,[DI]MOV[CHAR1],DLMOVAH,02HINT21HPOPCXJMPYANGDELAY:CALLDISPLYJMPKSTYANG:RETKEYENDP4、显示模块显示模块是将显示缓冲区的数值送到LED显示的功能模块，显示缓冲区是由六个字节构成，分别保存小时的高位和低位，分钟的高位和低位，秒钟的高位和低位。硬件上由六个LED构成，软件上由扫描显示的方法实现。实现代码如下：DISPLAYPROCNEAR MOVCX,77FFHLED52:CALLDISUP LOOPLED52DISUP:PUSHCX MOVDI,OFFSETMIN1 MOVCL,01DISUP1:MOVAL,0 MOVDX,PORTBIT OUTDX,AL MOVAL,[DI] MOVBX,OFFSETLED XLAT MOVDX,PORTSEG OUTDX,AL MOVAL,CL MOVDX,PORTBIT OUTDX,AL MOVBX,35HDELAY1:DECBX JNZDELAY1 CMPCL,20H JZDISUP2 INCDI SHLCL,1 JMPDISUP1DISUP2:POPCX RETDISPLAYENDP5、定时模块定时模块是为8259提供中断请求信号的。由一片8254实现，选用定时器0#，工作在方式3，由4时钟应该1秒走动一次，因此输出值应为1S，其输出信号可作为8259的中断请求信号。6、中断处理模块中断模块实现动态显示的，硬件为一片8259，由于中断请求信号为每秒一次，中断程序该为时间按秒增加，并显示，只要开中断，便可实现每秒显示时间增加一秒，从而达到动态显示的效果。7、芯片引脚按如下图4接线图连接好试验箱上的芯片引脚，主要用到器件有8255,8254,LED,8259,小键盘。8254的片选接地址208-20F，OUT1,OUT0接灯(测试用)，GATE0,GATE1接+5V，CLK1接8259的IRQ2，CLK0接Ｑ12(12分频)。8255的片选接地址218-21F，实验箱已将其和小键盘相连。LED的片选接地址210-217。208208-20F210-217218-21FCSOUT1OUT0GATE1GATE0CLK1CLK08254AB晶振8259IR2+5V16MHz８２５５CSPB2PA0小键盘６个ＬＥＤCS。。。。。。。Q4图5试验接线图五、程序流程图1、主程序流程图如图6所示2、键盘扫描程序流程图：（KEY）如图7所示ＮＮＮＮＹＹＹ开始置8255A控制字，A口为输出，B口为输入A口全输出低电平，从B口读入数据KKKKK保存列值，延时取抖动列线全为高电平吗置8255控制字，A口为输入，B口为输出往B口输出保存的列值从Ａ口读入行值和键表比较是否找到匹配键显示输入的字符置8255A控制字，A口为输出，B口为输入A口全输出低电平，从B口读入返回键释放了吗？图7键盘扫描程序流程图3、中断处理程序流程图如图8所示：ＹＹＹＹＹＹＹＹＹＹＮＮＮＮＮＮＮ开始开中断秒个位小于９秒个位清零，秒十位加一秒十位小于６秒十位清零，分个位加一分个位小于Ａ分个位清零，分十位加一分十位小于６分十位清零，时个位加一时十位小于２时个位小于９时个位小于４时个位清零，时十位加一时个位清零，时十位清零秒个位加一发中断结束命令，中断返回图8中断处理程序流程图六、心得体会经过以上步骤，课程设计所要求设计的电子钟显示设计软件便成功完成了，它能显示数字式的时钟，而且能设置初值和时钟进制。整个页面简洁清晰，方便用户读取，且操作简捷，符合课程设计中的各项要求。经过这次课程设计，我们对日常生活中司空见惯的时钟的工作原理有了一个比较深入的了解，将书本中的知识更好地与实际生活中的应用结合在了一起。经过这次微机原理课程设计学到了很多很多的的东西，同时不但能够巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。而且我第一次感受到在写一个程序的时候，一定要事先把程序原理方框图画出来的重要性。在课程设计中碰到的那些需要很多代码才能完成的任务，画程序方框图是很有必要的。因为经过程序方框图，在做设计的过程中，我们每一步要做什么，每一步要完成什么任务都有一个很清楚的思路，而且在程序测试的过程中也有利于查错。 本次课程设计的过程中遇到了很多问题，比如时间走得太快、光标的位置无法定位等等。对每个问题的解决都是一种对知识的重新整理和考察。我更加感到愉悦的，此次的课程设计锻炼了我的编程能力。到此为止，我们接近两周的课程设计也告一段落。经过这次课程设计，使我认识到理论与实际相结合的重要性，对课本上的只是在实际生活中的运用也有了进一步的了解，同时基本上能够掌握汇编语言编程中编程的步骤，能够说是从中受益匪浅。经过本次课设我也学到很多课堂上学不到的调试知识。很感谢学校给我们提供了这么好的学习机会，感谢老师的指导，从老师的身上学到了对知识真正严谨细致的态度，让我受益匪浅。附录一：参考书目1、戴梅萼，史嘉权编著.微型计算机技术及应用(第三版).北京：清华大学出版社,2、周明德编著.微型计算机系统原理及应用(第四版).北京：清华大学出版社,3、李顺增，吴国东，赵河明等.微机原理及接口技术.北京：机械工业出版社,4、杨立新.微型计算机原理和应用[M].北京：科学技术文献出版社，1986.115、李大友.微型计算机原理[M].北京：清华大学出版社，1998.76、眭碧霞.微型计算机原理与组成[M].人民邮电出版社，.8附录二相关程序电子时钟程序;8255用作读键盘信息;8253提供时钟信号;led采用动态显示modelsmall.stack50，数据段databufd60,0,0,0,0,0;显示缓冲区;数码管笔形码ledd63FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,80hhourd608h;时缓冲单元mindb30h;分缓冲单元seed630h;秒缓冲单元mseod60;毫秒缓冲单元dexdb0;笔形码索引值;键盘编码表keytabDW57FH,5BFH,5DFH,5EFH,5FEH,5FDH,5FBH,5F7HDW67FH,6BFH,6DFH,6EFH,6FEH,6FDH,6FBH,6F7Hkeyenddw7ffhagekeydb12;键龄oldkeydw0;键码字保存keynumd60;键号keyokdb0;按键响应标记stated60;系统状态，。一运行态;1一修改态keymddb0;修改键标记，B一修改时;C一修改分;D-修改秒somed60;时间设定单元，保存键盘输入的时间二代码段code;主程序:;实现8253的设置，中断向量的设置，检测系统大键盘信号，有按键就结束程序返回系统。mainprocfarstart:movax,data;设置数据段和附加段movds,axmoves,axcli;关中断;设置8253，2l，方式2,输入250kHz,输出200Hzmovdx,233hmova1,74houtdx,alm-dx.231hmovax,1250outdx,almoval,ahoutdx,al;保存原中断向量a1,Obhah,35b21hesbxds︸︸intnushvushPush;设置新中断向量movdx,offsetintpromovax,segintpromovds,axmova1,Obhmovah,25htm21h;打开中断屏蔽Popdsina1,21hAndal,Of7hout21h,a1sti;开中断;等持按键，返回系统wat:movah,lintlbhjzwat;回复中断向量popdxpopdsmova1,Obhmovah,25hint21h;退出程序，返回系统movax,4e00hIn21h，中断一f程序:;完成时钟处理、键盘监控和显示功能tntproprocnearpushds;保存寄存器pushaxpushcxaxax,data;设置数据段和代码段寄存器ds,ax;不是修改状态才走时钟nush;时钟处理模块，以5毫秒为单位调整时、分秒。elk:incmsecnU鱿、hcn]nlmmladdamlcn]nl抑mIaddal,lmin,almin,60hdaa﹄cmPjnenextmovmin,0moval,houraddal,ldaamovhour,alcmphour,24hjnenextmovhour,0，键盘监控模块next:decagekeyjznextljmpdspnextl:movagekey,12movdx,223h;设置PA输出，PB输入mova1,82houtdx,almova1,0;A口输出低电平，读B口movdx,220houtdx,almovdx,221hinal,dxmovbh,almovdx,223h;设置PB输出，PA输入mova1,90houtdx,almoval,();bmovdx,22lhoutdx,almovdx,220binal,dxmovbl,al;i?andbx,7ffh;去除键码中无用位数cmpbx,7ffhjnekeyon;有按键则进入按键处理movkeyok,0;无按键则清除响应标志退出按键处理jmpdspkeyon:cmp.bx,oldkeyjekeyonl;已经去抖动则直接处理按键movagekey,4;有新按键则设置键龄退出中断movkeyok,0movoldkey,bximpdspkeyonl:cmpkeyok,ljneII;按键已响应则退出键盘处理impdsp11:movkeyok,l;设立按键响应标记stdleadi,keyend;指向键码表movax,bx;读取键号，地址递减，cx的值为键号movcx,17repnescaswjekeyon2impdspkeyon2:movkeynum,cl;保存键号cmpstate,0;系统在修改态否?jnekeyon3;跳到修改态的处理cmpkeynum,0ah;为A键否jnekeybmovkeymd,l;作a键修改标志movhour,0aah沙时显示为一movstate,l;进入修改态impdspkeyb:cmpkeynum,Obh;为B键否jnekeyemovkeymd,2;作b键修改标志movmin,0aah;分钟异示为..movstate,l;进入修改态impdspkeyc:cmpkeynum,Och;为c键否jekeyclimpdspkeycl:movkeymd,3;作c键修改标志movsec,0aahmovstate,l;秒显示为..impdspkeyon3:cmpkeynum,9;在修改态，判断是否为数字键jbekeys;<=9则认为是数字键impkeyen;否则判断是否为确定键keyn:moval,stime滋取输入时间，十进制格式movc1,4shlal,cl;在确定以前最后输入的两个十进制数有效oral,keynummovstime,alimpdspkeyen:cmpkeynu